O que é fusão magnética de confinamento?

A fusão do confinamento magnético é uma abordagem da fusão nuclear que envolve a suspensão de um plasma (gás ionizado) em um campo magnético e o aumento de sua temperatura e pressão para grandes níveis. A fusão nuclear é um tipo de energia nuclear produzida quando núcleos atômicos leves - hidrogênio, deutério, trítio ou hélio - são fundidos a altas temperaturas e pressões. Toda a luz e calor do Sol deriva de reações de fusão nuclear em andamento em seu núcleo. É através disso que o Sol pode existir - a pressão externa das reações de fusão equilibra a tendência ao colapso gravitacional.

Embora a humanidade tenha aproveitado a energia de fissão - separando núcleos pesados ​​- da energia nuclear, o poder de fusão bem-sucedido ainda nos escapa. Até agora, toda tentativa de gerar energia de fusão consome mais energia do que produz. A fusão do confinamento magnético é uma das duas abordagens populares da fusão nuclear - a outra é a fusão por confinamento inercial, que envolve bombardear um pellet de combustível com lasers de alta potência. Atualmente, existe um projeto de bilhões de dólares em cada caminho - o National Ignition Facility nos Estados Unidos está buscando fusão inercial por confinamento, e o International Thermonuclear Experiment Reactor, um projeto internacional, está buscando fusão por confinamento magnético.

As experiências de fusão de confinamento magnético começaram em 1951, quando Lyman Spitzer, físico e astrônomo, construiu o Stellerator, um dispositivo de confinamento de plasma em forma de figura oito. Um grande avanço ocorreu em 1968, quando os cientistas russos apresentaram o design do tokamak ao público, um toro que seria o design da maioria dos dispositivos de fusão de confinamento magnético por vir. Em 1991, houve outro passo em frente com a construção do START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) no Reino Unido, um spheromak ou um tokamak esférico. Os testes mostraram que este dispositivo é cerca de três vezes melhor do que a maioria dos tokamaks no início das reações de fusão, e os esferomatos continuam sendo uma área contínua de investigação na pesquisa de fusão.

Para que as reações de fusão sejam eficientes, o centro de um reator tokamak precisa ser aquecido a temperaturas em torno de 100 milhões de Kelvin. A temperaturas tão altas, as partículas têm uma tremenda energia cinética e estão constantemente tentando escapar. Uma pesquisa de fusão compara o desafio da fusão de confinamento magnético com o de apertar um balão - se você pressionar com força de um lado, ele aparece do outro. Na fusão de confinamento magnético, essa "explosão" faz com que partículas de alta temperatura colidam com a parede do reator, raspando pedaços de metal em um processo conhecido como "pulverização". Essas partículas absorvem energia, diminuindo a temperatura total do plasma confinado e dificultam a obtenção da temperatura certa.

Se o poder de fusão puder ser dominado, ele poderá se tornar uma fonte incomparável de energia para a humanidade, mas mesmo os pesquisadores mais otimistas não esperam a geração comercial de energia antes de 2030.